小型手推式道路清扫车设计毕业论文.doc

小型手推式道路清扫车设计毕业论文目录第1章 绪论11.1 前 言11.2 清扫设备的分类及工作原理21.3 清扫机械的国内外发展状况及发展趋势41.4 发现的问题和解决途径51.5 课题需要完成的任务6第2章 清扫车的总体设计72.1 设计主要技术要求72.2 总体方案的确定7第3章 电机驱动装置的确定93.1 蓄电池的选择93.2 电动机的选择10第4章 V带和V带轮的结构设计144.1 V带的带型选择及优缺点144.2 对V带轮设计的主要要求144.3 带轮材料的选用144.4 传动比的分配144.5 带轮的选择设计15第5章 主轴及键的设计计算235.1 主轴的结构设计与计算235.2 轴的校核245.3 键的校核27第6章 锥齿轮的设计计算286.1 锥齿轮的各参数设计与计算286.2 锥齿轮校核计算32第7章 工作系统的设计347.1 侧刷装置的设计347.2 主刷装置的设计357.3 喷水装置的设计367.4 工作系统机构设计的特点与不足37第8章 车架的设计与车体造型设计388.1 车架的设计388.2 车体造型设计398.3 清扫车的整体结构设计40总结42参考文献43谢辞45第1章 绪论1.1 前 言环保是世界发展的主题，是每个城市关注的焦点，也是每个人的责任。近年来环保设备更是相继而出，清扫车就是其中重要的环卫设备之一。路面清扫车是一种集路面清扫、垃圾回收和运输为一体的新型道路清扫设备。近年来，利用道路清扫车进行路面养护已经成为一种潮流，在未来它将成为城市中一道亮丽的风景线。从20世纪60年代我国研制生产路面清扫机械并投放市场使用的主要是以大型清扫车为主，造价高、费用大、维修困难等原因普遍使用有一定难度，且其造型对城市的美化和宣传环保的作用并没有完全表现出来，也没有突出造型设计的人性化。而中小型清扫车的研制开发则刚刚起步，相对于发达国家，我国地面清扫车在销售规模、技术水平、清扫效果等方面都存在一定的差距。 随着公共环境卫生、工厂清洁机械市场的迅猛发展，2005年之后，国内地面清扫机开始呈现快速发展的态势。但与国外相比，国内还停留在市场的初级发展阶段。目前，许多国家研制的小型清洁机器人应时而生。日本、美国、欧洲各大厂商竞相开发，有些产品甚至很超前很微型。例如，有一种具有高效吸尘除灰功能的清洁机器人，可遥控也可自主运作，能转向，躲避障碍物，有很高的实用价值，构造上也很灵巧简单美观，可对家居、厂矿企业等地面进行清洁，帮助人们从繁杂的劳动中解放出来。在这方面，国内的研发步伐较慢。我国已逐步进入现代化社会，靠人力扫把、铁锹、小车等陈旧、落后的清扫方式及设备，已不能满足社会进步的需要。特别是现代化的工厂不断建成，机关、小区、医院、学校和公共场地面的清扫工作也越来越繁重，靠大型清扫车不能解决问题，严重干扰了人们的生活。因此急需开发一种成本低、节约人力物力、清扫效果良好的适应院落、小区、小巷、仓库、走廊等小区域场所的小型清扫设备。由于人们对环境污染问题越来越重视，燃油车在很大程度上受到限制。政府大力提倡绿色能源设备。近日国家出台燃油含税的政策，给电动扫地车带来福音。小型清扫设备因其实用性强、 垃圾清扫率高 、污染小、成本底、结构紧凑、操作简单、维修方便等特点具有广泛的市场前景和实用价值。为了解决人力清扫耗力大、效率低、危险性高、维修困难及汽车清扫费用高等问题而提出了本实用小型手推式道路清扫车。该小型清扫车系统地总结了小型道路清扫车的发展状况，结合未来的发展方向，以人性化、审美性和环保设计为立足点，基于人机工程学的设计理念，从人性化设计、功能区的布局和总体造型3个方面对小型道路清扫车进行了创新设计。其工作效率高，适用于校园道路、街道广场、较大的院落、仓库、狭窄的小巷、走廊等，可供乡镇以上的城市全能使用，本机自代垃圾箱，在推行时就将路面上的杂物卷进垃圾箱，方便快捷。 小型手推式道路清扫车的有益效果是，利用锥形盘状滚刷与地面有一定角度将垃圾扫到车体底部的路面中间，再利用圆柱形滚筒平行地面相切产生的旋转力，将路面上的垃圾通过滚筒的传送带送入垃圾箱，完成连续清扫任务。本机制造和使用成本低、投资小、使用广泛、灵活、方便，适用于城市、城乡、广场、场区等非机动路面；清扫效率高、清扫力度大、操作简单；不但能清扫垃圾，而且还可以对道路上的空气介质进行除尘净化，既保证了道路的美观，维护了环境的卫生，延长了路面的使用寿命，又维持了路面的良好工作状况，预防了交通事故的发生。本文具体介绍了小型手推式道路清扫车的总体设计，并根据现在清扫机发展趋势及我国国情详细说明了设计的过程以及所应用的参考文献，并以图例和数据表格来辅助说明设计的详细内容。此小型道路清扫车的设计过程涉及很多方面的知识，由于实践等方面的不足可能会出现很多文字及内容的不够周全，谨请有关老师给予批评指正。1.2 清扫设备的分类及工作原理清扫设备按大小可分为大型清扫设备和中小型清扫设备。大型清扫设备主要是清扫车，由于本课题主要研究的是小型清扫设备，大型的清扫设备在此不再多述。而现有的小型清扫设备主要按清扫方式、发动机形式、除尘系统等分类。1.2.1 按清扫方式分类按清扫方式小型扫路车可分为纯扫式、纯吸式和吸扫式三类。1、纯扫式小型扫路车纯扫式小型扫路车只是依靠位于扫路车两侧的蝶形刷和位于扫路车中部的滚筒刷的相互接力完成对路面的清扫。蝶形刷有很好的压力调节装置，可有效的清除地面的黏著物，提高清扫质量。刷毛具有很好的强度与弹性，它的设置同时增加了扫路机的清扫宽度，加大了清扫面积。滚筒刷除了清扫地面的垃圾外还有将垃圾扫入车内垃圾箱的作用。此扫路机所需功率小，操作简单，其主要缺点是对尘土特别是细小颗粒的尘土清扫效果差清扫过程产生扬尘。2、纯吸式小型扫路车纯吸式小型扫路车的吸扫系统主要由风机、风道、吸尘嘴等组成。作业时发动机直接驱动风机将落尘箱内的空气通过出气管道输送到吸尘罩内，在吸尘罩内产生漩涡气流，罩内的垃圾在气流的冲击下悬浮起来；在吸尘嘴的另一端有吸气管道，在风机的作用下将悬浮的垃圾随气流吸进落尘箱内。此扫路机克服了纯扫式扫路车对尘土清扫不利的缺点，吸尘率较高，但它的缺点是不利于对马路边沟垃圾清除，在湿地上作业效果不好。3、吸扫式小型扫路车吸扫式小型扫路车汲取前两类扫路机的特点，其清扫系统通过由蝶形刷和风机、风管道、吸尘嘴等组成。蝶形刷的设置加强了对马路边沟的清扫，将两侧的垃圾扫到吸尘嘴的工作区域，再由吸尘系统将垃圾吸入车内的垃圾箱。此扫路车工作效率高，适合任何道路环境的清扫，但其结构比较复杂，成本较高。1.2.2 按发动机形式分类按发动机形式小型扫路车可分为内燃车与电动车两类。随着人们环保意识的不断增强，以电瓶为原动力驱动不存在尾气排放问题的电动小型扫路车近年来越来越受到人们的青睐。此扫路车采用无级变速系统根据路况自动调整清扫速度，工作效率高，工作时噪音比内燃机要低得多，具有杰出的环保性能。且其传动系统结构非常简单，小巧灵活，有利于整体结构设计。它的主要缺点是连续工作时间受到限制：通常工作一个班次以后（6-8小时），要对电瓶进行充电，因而每次作业后的维护时间比较长。1.2.3 按除尘系统分类除尘系统是小型扫路车的重要组成部分，扫路车没有它将会造成严重的空气污染。其可分为湿式除尘和干式除尘两种方式。湿式除尘系统通常由水箱、水泵、水管、喷雾嘴等组成。作业时水被加压并雾化喷出，地面的尘土被水润湿后会增重、聚合，使尘土的质量不断增加，从而达到控制扬尘的目的。这种除尘方法简单有效，成本低，技术难度小。而不洒水只靠吸嘴吸尘的方式为干式。本次设计的小型手推式道路清扫车是手推式机械湿刷式的，由机架、发动机、传动系统、工作系统、垃圾箱、垃圾传送系统组成。其设置清扫路面的垃圾装置，能连续清扫路面垃圾并自动将垃圾传送到垃圾箱。该清扫车解决其技术问题所采用的技术方案是：用一台电动机做动力，通过V带带动锥齿轮、齿轮、机体前面底部的滚刷转动进行清扫；通过V轮带动滚筒垃圾传输装置，将滚刷清扫的垃圾输送到垃圾箱里。其结构是在机架的前车底安装两个可旋转的工业脚轮作支撑，承载电机的重量，同时起到更好的转向作用。前下部左右安装一对大转轮，转轮上安着椎形盘状滚刷。车体的前底面是一块板状底，底板的上半部是铁板、下半部是橡胶板，底板的上部与垃圾传送装置相连，并用一个挡板结构与垃圾箱相接，挡板与地面接触；垃圾传送装置倾斜一定角度,由数根滚动条滚动带动，其传送带上有数条倒钩，以便更好的传送垃圾，上端与垃圾箱相通。在机架的后面安装一对可充气的小车轮，方便行走，也可用来调整主刷与地面的距离；垃圾箱是安装在机架后面，采用抽拉式的结构形式，方便垃圾箱的抽出和垃圾的倾倒，省时省力。前面的侧刷是圆锥型的，接触面与地面有一定的角度，并与地面距离可调。清扫时主刷、侧刷、垃圾传送装置同时运转，进行连续清扫。侧刷用来清扫路牙，将垃圾扫到主刷的清扫范围内，并可扩大清扫面积；主刷将垃圾扫到挡板架上，再扫到传送装置上，通过传送装置将垃圾送进垃圾箱。垃圾箱前端开口，以便倾倒垃圾。1.3 清扫机械的国内外发展状况及发展趋势近年来，国内外清扫机械的发展较快。国内有厂家引进了国外先进吸扫式清扫机工作装置的生产技术，与国产汽车底盘配套生产清扫机，大大提高了国产清扫机的技术性能。1.3.1 国外清扫机械的发展趋势国外清扫机起步较早，技术较先进。早在20世纪80年代中期随着国外公路的修建速度趋于平缓，公路养护工作在国外已提到格外重要的位置。为适应养护工作需要，国外工业发达的国家开始将大量的资本和开发能力投向养护机械的研制生产，从而使国外养护机械得到了迅速发展。清扫军的造型设计也是千奇百态，各具特色，大型、中型、小型清扫车的造型设计都得到了快速稳定的发展。国外小型道路清扫车无论是从内部构造还是外部造型上，都有很大的发展。综观世界发达国家八十年代末扫路机具有以下特点：1、扫路机的传动系统由机械传动向全液压传动方向发展；2、纯吸式、纯扫式工作原理向吸扫复合式工作原理发展；3、干式除尘形式向先进的湿式除尘形式方向爱展；4、体积大，自重大的扫路机 向体积小和机动性好的方向发展；5、单一功能向多功能方向发展。1.3.2 我国清扫机械的发展趋势我国环卫机械起步较晚，已有的清扫车还是以大型清扫车为主，小型清扫车相对较少，并且有一些还是经过改装的小型清扫车，如将三轮摩托车的后部改装为清扫车的箱体等等 ，其造型没表现出对城市的美化和宣传环保的作用，也没有突出造型设计的人性化。总体而言，目前国内路面清扫车生产企业还没有专门的小型清扫车技术研发中心，研发资金投入也较少，使得产品设计水平整体不高。目前随着我国经济迅速发展的势头，经济实力和消费能力越来越强，同时对节约成本的要求越来越高，政府把城市的规划、建设、管理和加强环境综合治理纳入城市政府的主要职责，积极推进了环境卫生事业得到了快速发展。可以明确，借这些机会，全国范围内将掀起环卫机械化市场快速发展的高潮。我们将在之前的技术基础之上进行改进，把清扫车车型变得简单轻便美观，在增大承载容积和载荷能力的同时，降低清扫机的重量，提高使用寿命，减少噪声，降低成本，使清扫车更加的人性化智能化，更加方便人们的使用，使其更加适应时代的发展和人们的需求。因此，小型道路清扫车在国内的发展前景是远大的。1.4 发现的问题和解决途径本课题要求是设计一种简单，经济实用的城市道路扫车，其关键问题就在于如何很好的实现清扫功能。尤其使传动系统、整体结构、工作装置的设计。由于清洁器是一种出现比较晚的机械产品，因此在其设计过程中，不可避免的出现了很多未解决得难点疑点，总结其难点如下：由于清扫车是一新兴产品，扫地功能的实现结构还不成熟，很难查到相关的资料。因此扫地功能的实现是设计工作的一个很大的难点。对扫盘高度固定不能很好地适应不同的地面作业，垃圾体积的大小也受限；而且盘上安装的小扫把的毛太硬，与地面直接接触，这样会增大车与地面之间的摩擦力，如果是人力驱动，会使人觉得很费力，如果是电力驱动， 会增大能源的浪费， 都会使扫把和蓄电池的寿命减少。清扫车工作时所产生的二次扬尘污染、漏垃圾、噪音大和产品可靠性等方面也较难解决的问题。清扫范围的大小不仅与清扫车的各部分的尺寸有关，并与它的总体设计构形式有关。机构太小工作效率就会降低，清扫范围也就变小满足不了要求，机构太大则设备就会太大，从而增加转弯半径，使清扫车在城市路面中转弯困难。还有防滑问题，因为该清洁车是通过轮子的转动来带动整个轮系的转动来产生作用。但是一旦路面光滑，轮子产生打滑的现象，那么车内的轮系就根本不会转动，这样清洁车就完全失去了作用。因此合理的选择机构的大小及机构布置极为重要且比较困难。为了更好的了解所作题目，查阅已有文献资料是十分重要的，由于手推式道路清扫车的资料很少的。因此，在设计过程中，广泛的搜集资料，并借鉴了清洁机器人的一些数据资料对我的设计工作起了很大的帮助。在这些文献综述中，详细的介绍了清洁机器人的一般设计思路，如外形的设计，机器人的驱动方式如何，具体结构等等，都对我即将所作的设计提供了很大的帮助，此外，为了更好的设计清扫车的内部结构，在轴、带、齿轮等重要元件的设计过程中保证其结构的准确性，又对机械设计等专业课本进行了系统的复习，但还是有很多关键技术是专利项目，不会公布在资料之中的。所以，我参考用的资料并不能解决我在设计过程中所遇到的所有难点，有许多的问题是根据我自己的想法来做的。因为我的这些想法并不成熟，没有太多的实践性，所以，在解决一些棘手问题时并不能够很好的解决。在今后的设计中，还需要通过实践，对其一步一步的进行改进。1.5 课题需要完成的任务1.5.1 设计主要内容本课题要求设计出的小型手推式道路清扫车能完成普通清扫的功能。完成小型手推式道路清扫车的方案设计以及结构组成，并对小型手推式道路清扫车结构进行受力计算，使其结构布局和受力更加合理。其主要设计内容为：1、电机驱动系统的设计（电机电池的选择与安装）；2、传动系统的设计（用带传动带动主刷、侧刷装置的设计及垃圾传送装置的设计）；3、带传动的选择与设计；4、齿轮的选择与设计；5、轴和轴承的设计；6、机架的设计；7、绘制清扫车的零件图及装配图；8、完成设计说明书。1.5.2 设计工作基本要求1、结合设计题目，在老师的指导下广泛查阅文献，并拟定一份合理的设计任务书；2、根据参考文献和课题要求，提出自己拟定的可行性方案，并写出开题报告；3、按要求对清扫车设计的结构与零件进行受力计算，使其结构布局和受力更加合理；4、和老师充分研讨，列出论文编写大纲；5、翻译英文文献；6、认真撰写论文，按时完成任务，准备答辩；总的要求就是毕业设计结束后，能够达到预定的目标。第2章 清扫车的总体设计2.1 设计主要技术要求驱动方式是以蓄电池供电给电机驱动。电瓶驱动型利用自身无级变速系统，能使清扫车在作业时可以随时根据路面污染状况及时、迅速地调整清扫速度，提高了清扫作业的工作效率。且其噪音低，污染小，适合院落、停车场、室内等小场合的清扫作业。利用碟形刷来增加扫路车的清扫宽度，每小时清扫面积不低于1000 平方米。滚筒刷不但能够清扫地面的垃圾外还起到把垃圾扫入机内垃圾箱的作用，垃圾箱容量不低于30L。喷水系统要达到更理想的节能喷水，并能达到灰尘颗粒和水充分亲和增重，不扬尘。水箱容量达到25L以上。2.2 总体方案的确定由于工作的场合对环境要求较高因动力装置都选为噪音低，污染小环保的电力驱动。最初设计了许多的方案，最终综合考虑认为以下这种方案最为有可能实现我们的课题要求，方案为下图2-1图2-2所示： 图2-1 方案简图图2-2 方案简图工作原理：人力推动清扫车前进，电动机1 逆时针转动将运动利用带传动同时传给带轮3 和带轮4，使带轮3 带动同一根轴上的小锥齿轮旋转，小锥齿轮通过啮合传动带动大锥齿轮6逆时针旋转，大锥齿轮通过同轴的带轮带动一个与扫盘2 连接的带轮转动来使扫盘2 顺时针旋转，另一边也是通过同样的原理使扫盘逆时针旋转，这样就可以将两侧的垃圾扫到中间。再同时由带轮7 带动滚筒8 顺时针旋转，将垃圾滚入导向刮板14 ，通过倾斜的导向刮板14 将垃圾送入垃圾箱13 内，这样就完成了对垃圾清扫的全部过程。因此综合考虑将此方案作为最终设计方案。 第3章 电机驱动装置的确定清扫工作中的各个运动装置均由电机驱动运行的。电动机由动力蓄电池提供电源后转动，并通过皮带轮带动扫盘、滚筒和水泵等作业装置进行工作。下面分别对蓄电池与电机的选用进行分析。3.1 蓄电池的选择动力电池是清扫作业装置的动力源泉。电机电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电机驱动清扫装置的扫地车与副发动机驱动清扫装置的扫地车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的动力电池。目前在电动汽车市场上使用的动力电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池、飞轮电池、燃料电池等等。从最终产品产业化可行性以及经济性综合因素来考虑，在电动专用环卫车辆上主要采用铅酸动力电池与锂离子动力电池。下面对这两种电池性能作一个分析比较：1、铅酸动力电池铅酸动力电池已有多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。其优点：可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电力驱动系统的动力性要求。但它有两大缺点：一是比能量低，所占的质量和体积太大，深度放电能力和低温放电能力较差，不能快速充电且一次充电作业时间较短；另一个是循环使用寿命短，使用成本过高，报废的铅酸蓄电池因废弃会造成二次污染。2、锂离子动力电池锂离子动力电池已经成为电动汽车行业动力电池的长期开发目标。其优点是：比能量、比功率较高；循环寿命长，可达1000次；充电放电效率高；功率输出密度大；没有记忆效应，且不会因废弃造成二次污染，是绿色蓄电池。其缺点是：快速冲、放电性能较差，需要进一步解决对其充放电过程的控制和配备专用的充电器；对于大容量锂离子电池组，还需要解决电池组的可靠性和各个单体电池之间的一致性。清扫车所使用的蓄电池要求在使用过程中能够完全放电，不排放有害气体，不污染环境。由此针对此设计选用锂离子动力电池，电池名称为磷酸铁锂电池。24V 10Ah磷酸铁锂电池组的有关技术规格为下表3-1所示：表3-1 磷酸铁锂电池组技术规格项目规格标称容量10Ah标称电压24V电池内阻120m最大充电电流6A最大充电电压29.20.05最大放电电流20A放电终止电压20V使用寿命1000次工作温度-2045外形尺寸10083335(mm)重量3.8kg价格550元此蓄电池的性能：（1）该电池为全密封式电动车专用蓄电池，体积小、质量轻、储存能量多、自放电率低、比能量高等优点；（2）安全性能好，原材料来源广泛；（3）污染少，噪声小。可减少排污97%，甚至可做到零排污；（4）节约能源，为普通蓄电池耗能的2/3；（5）具有良好的过充电、过放电、温度、过流、短路保护、锁定自恢复以及均衡功能；（6）结构简单、控制方便，易于操作和维修；（7）使用时间长，充电后每次可用15 小时；（8）有足够的功率供清扫机达到每小时清扫面积不低于1000 平方米的要求；（9）使用寿命长，一般可充电800 次以上。3.2 电动机的选择3.2.1 选择电动机应综合考虑的问题1、根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的转矩、速度变化范围、启动频率、制动和反转以及工作环境等要求，选择电机类型及安装方式；2、根据负载转矩，速度变化范围和启动频率程度等要求，考虑电动机的温开限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却方式，所选功率应大于或等于计算所需的功率，负荷率一般取0.80.9；3、根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要保护方式，选择电机的结构型式；4、根据工作电压和功率因数的要求确定电机的电压等级和类型；5、根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速；此外，选择电动机还必须符合节能要求，运行可靠性、设备的供贷情况、备件的通用性、安装检修的难易以及产品的价格等。3.2.2 电动机的选择1、电动机类型和结构形式电动机类型和结构形式可以根据电源的种类、工作条件（温度、环境、空间尺寸）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。清扫车的电动机应放置在干燥及清洁的车箱内部，散热条件较好，要选用卧式的安装方式。在移动的设备中和蓄电池配套的较常使用的电机有直流电动机和步进电动机。直流电动机具有以下优点：（1）优良的调速特性，调速平滑、方便，调速比可达到1：200；（2）过载能力大，并能在低速下连续输出额定转矩；（3）能承受频繁的冲击性负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转；（4）容易购得，型号多，控制简单。直流电动机的缺点：结构比较复杂，电流通常较大，需要齿轮减速器进行减速，维护工作量大。步进电动机的优点有：步距角小，功率小，过载能力强，控制简单，启动和运行频率较高，不通电时有定位转矩，型号多，适合室内清扫机器人的速度。步进电动机的缺点：功率与自重比小，运动平稳性差，低速性能不好，体积大，负载能力低，运动时产生震动，易失步。清扫车多在室外环境下工作，要求控制较简单，运行平稳，因此选择直流电动机，而且是直流齿轮减速电机。2、直流齿轮减速电动机的选择直流齿轮减速电机是指转轴上带有齿轮减速器和直流电机(马达)的集成体，这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。齿轮减速箱的作用是提供较低的转速,较大的力矩。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等，其优点是简化设计、节省空间，承受过载能力高，能耗低，性能优越，振动小、噪音低。齿轮减速电机通常通过减小电机速度来增加旋转能力。因为直流电动机仍然从内部伸出两个相同的插头，所以齿轮减速电机与普通电机一样使用方便。与最后一级齿轮相连的是一根转轴。这个新转轴的末端伸出减速器的顶部，便于轮子和其他元件与其相接。这个伸出减速器的新转轴代替了伸出电动机的老转轴。当查看电动机时，如果转轴没有从中心伸出，那么这个电动机可能是齿轮减速电动机。选择普通直流电动机所用的标准仍然适合用来选择齿轮减速直流电动机，即检查电压，尺寸，重量和RPM。在大转矩应用场合，常选用带有金属齿轮和金属减速器机架的行星轮减速器。塑料齿轮具有非常轻的质量，更适合低转矩，需要反应迅速的应用场合。本设计中选用金属齿轮的减速电机。3、电机功率的计算电动机功率选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响，当功率小于工作要求的时候，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期过载发热量大而过早损坏；功率过大则电动机价格高，能量充分利用，经常处于不满载运行，其效率和功率因数都降低，增加电能消耗造成很大浪费。电动机容量主要根据电动机运行的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。对于长期连续运转，载荷不变或变化很小，常温下工作的机械，只要所选电动机的额定功率P 等于或大于所需电动机功率P，即P P，电动机在工作时就不会过热，而不必校验发热和起动力矩。清扫机清扫材料选用尼龙材料。设计圆盘毛刷受力约为F=55N，转速为n=80r/min.滚筒清扫受力约为F=70N,转速为n=50r/min。圆盘毛刷转矩 Nm所需功率P= =60W圆盘毛刷到锥齿轮间用带传动，传递效率90%。横放锥齿轮I轴处的功率为： W齿轮间的传递效率为90%竖放齿轮处的功率 W滚筒处II轴的转矩 Nm此处的功率 P=78.5W滚筒到主动轴I轴用带传动，传递效率为90% W电机到I轴之间用带传动，传递效率90%电机的输出功率 W由于清扫机工作速度为80r/min 为较低转速故选用 24V 280W直流齿轮减速电机，其输出转速为750r/min。第4章 V带和V带轮的结构设计4.1 V带的带型选择及优缺点V带截面形状为等腰梯形带的厚度较大，饶性较差，带轮制造比较复杂。工作时两侧面为工作面，与带轮的环槽侧面接触，属于楔面摩擦传动，在相同张紧作用下，V带摩擦力比平带传动大70%，承载能力比平带高，在一般机械中常用。截面形状为多楔形，它具有平带的柔软，V带摩擦力大的特点。比等腰梯形带外廓小，用于要求结构紧000050000r/min的带传动属于高速带传动。带传动强度设计的依据是在保证带有一定的寿命前题下在正常工作时不打滑，在保证不打滑的前提下，传递最大的功率，同时又使传动带有足够的使用寿命，也即有一定的疲劳强度。根据负载情况以及工作要求，本设计选择等腰梯形V带作为动力传送带。4.2 对V带轮设计的主要要求设计V 带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般为3.2m），以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以减少载荷分布均匀。4.3 带轮材料的选用带轮材料多采用灰铸铁，牌号一般选用HT150或HT200，铸铁带轮允许的最大圆周速度为25m/s。由于带速不大于10m/s，所以带轮选用铸铁HT200。4.4 传动比的分配电机到滚筒处II轴之间的总传动比 i=15分配各级传动比设计有电机到主轴I轴的传动比i=5；由主轴I轴到竖放锥齿轮III轴的传动比i=3。电机到圆盘毛刷的总传动比 i=9齿轮间的传动比为i=24.5 带轮的选择设计4.5.1 I轴带轮的设计计算1、确定计算功率计算功率P 是根据传递功率P，并考虑到载荷性质和每天运行时间长短等因素影响而确定。由机械设计书表8-7查得工况系数K=1，则有 W式中：P计算功率 K工况系数 P所需传递的额定功率2、选择V带型号根据P=235.2W，n750r/min，由图8-11选取Z型V带。3、确定大带轮基准直径d由机械设计书表8-8，取Z型V带小带轮基准直径为d=50mm。i=5 mm4、带速v的验算 v=1.96m/s10 m/s5、初定中心距a 即 则初取中心距a=300mm。6、计算基准长度L L=2a+（d+ d）+ =2300+300+ =1104mm查机械设计书表8-2，选取标准基准长度L=1120mm。7、实际中心距a aa+ 300+ 308 mm取a=308mm。8、验算小带轮包角 =18057.3 =18057.3 =143120所以小带轮包角合适。9、确定V带根数ZZ由d=50mm，n750r/min,查表可知一般V型单根V带可传递的功率达75KW。此处，所需传递的功率远远小于75KW，所以用一根V带足以。10、单根V带的张紧力F F=500(1)+qv 式中：包角修正系数 ， 查机械设计书表8-5得=0.91 qV带单位长度质量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/mF =500(1)+0.061.96 =22.5N11、作用在轴上的力F F=2ZFsin 2122.5sin72 40.5N F F=60.75N12、带轮结构的设计参照机械设计手册12-712-10可知：基准宽度b 为8.5 mm；基准线上槽深h为2.0 mm；基准线下槽深为h为7.0 mm；带轮宽B为B =(Z-1)e2f mm；外径d=d2h mm；从而确定带轮的各部分尺寸。B=14mm，轮槽宽b=8.5mm。因为基准直径d2.5d，所以小带轮采用实心结构。大带轮基准直径d=i d=550=250 mm d= d2（h+ f+） =2542（2.0+7.0+5.5） =225 mm d=（1.82）d=43 mm因为d- d100mm,所以大带轮采用孔板式。轮宽B=20mm，S1.5S15mm，S0.5S7mm，d134mm。轮槽宽b8.5mm。此小齿轮的结构如图4-1所示，大带轮的结构如图4-2所示：图4-1 I轴小带轮结构示意图图4-2 I轴大带轮结构示意图4.5.2 I-轴带轮的设计计算1、确定计算功率P W式中：P计算功率； K工况系数；查工况系数表得K=1 P所需传递的额定功率长。2、根据机械设计书表8-7和8-11，选择Z型V带。3、计算传动比i i=34、由机械设计书表8-8，取小带轮直径为d=56mm。5、大带轮直径d mm取d=160mm。6、计算带速v m/s10 m/s7、初定中心距a 156.8 a448 则初取中心距a=380mm。8、计算基准长度L L=2a+（d+ d）+ =2380+ =1126mm查机械设计书表8-2，取基准长度L =1120mm。9、实际中心距a aa+ 380+ 374mm考虑到滚筒与带轮2之间有一定的间隙，所以取a=380mm。 10、小带轮包角 =180-57.3 =163.2120所以小带轮包角合适。11、确定V带根数此处带轮之间所传递的功率远远小于单根V带所传递的功率，所以这里仅用一根V带。12、单根V带的初张紧力F F=500(1)+qv =500(-1)+0.060.35 =130N式中：包角修正系数，查机械设计书表8-5得=0.95； qV带单位长度质量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/m。13、作用在轴上的力F F=2ZFsin 21130sin81.6 249.2N F F373.8N14、带轮结构的设计参照机械设计手册12-712-10可知，设计小带轮孔径d=20mm，可采用实心式。轮宽B=14mm，外径d=60mm，轮槽宽b=8.5mm。设计大带轮孔径d=25mm，因为d2.5d，所以采用腹板式。 d= d-（2.5+8.0+5.5） =132mm d=（1.82）d=40mm此小带轮的结构如图4-3所示，大齿轮结构如图4-4所示：图4-3 I-轴小带轮结构示意图图4-4 I-轴大带轮结构示意图4.5.3 轴的带轮设计1、确定计算功率P W式中：P计算功率 ； K工况系数；查工况系数表得K=1。 P所需传递的额定功率长。2、确定传动比 由总体传动比可确定传动比为i=1，选用Z型V带。3、查机械设计书表8-8，得小带轮的基准直径d=100mm，则d=100mm4、计算带速 v=0.42m/s10 m/s5、计算中心距a a=456mm6、计算基准长度L L=2a+ d）+ =2456+200 =1226mm 查机械设计书表8-2，选择基准长度L=1250mm。7、单根V带的初张紧力F 500(-1)+0.060.42 87N 式中：包角修正系数；查机械设计书表8-5得=0.91。 qV带单位长度质量，kg/m。查表8-3得q=0.06 kg/m。8、计算压轴力F F=2Z87sin90 =174N F= F=261N9、带轮结构设计参照机械设计手册12-710可得，两个带轮均采用腹板式结构。结构如图4-5所示：图4-5 轴大带轮结构示意图第5章 主轴及键的设计计算5.1 主轴的结构设计与计算1、由于结构及工作的需要，将主轴的材料选择45钢，热处理为调质处理，取材料系数A=115，则初步计算其于是有：所以初步取d最小直径为20mm。2、采用下图所示装配方案如图5-1：图5-1主轴装配示意图3、确定轴的各段直径和长度（1）为了满足轴向定位要求， I-II 轴段右端须制造出一轴肩，故取 II-III 轴段的直径为27 mm，长度为25 mm。I-II 轴段的左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径为28 mm。使带轮绕轴动，为了保证轴端挡圈只压在带轮上，采用的 I-II 轴段的直径为20 mm，长度为20 mm；（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用轴承参照工作要求并根据III-轴段的直径为30 mm，由轴承产品目录初步选取0基本游隙组标准精度级的圆锥滚子轴承 32006型其尺寸为dDT=30 mm55 mm13 mm,故选用III-IV 轴段的直径为30 mm，长度为22 mm。右端轴承采用采用套筒进行轴向定位。由手册查得厚度为h=4 mm,取IV-V 轴段的直径为30 mm。套筒右端用定位。（3）安装齿轮处的的轴段V-VI 的直径为30 mm齿轮左端用挡圈定位。右端用一套筒定位，同时套筒右端定位带轮。已知带轮的轮毂宽度为25 mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮此轴段应略短于轮毂宽度故采用VI-轴段的长度为22 mm。带轮的右端采用轴肩定位，轴肩径为35 mm，长度为193 mm。右端的零部件结构的定位及轴径长度与左端的大体相同。（4）带轮及齿轮与轴的轴向定位采用平键连接。按照齿轮与轴的直径由手册查表得平键截面尺寸分别为bhl=6 mm6 mm14 mm、bhl=8 mm7 mm16 mm、bhl=10 mm8 mm16 mm(GB/T1095-1979)。键槽用键槽铣加工，同时为了保证齿轮和轴的配有良好的对中性，故选择轮毂与轴的配合为H7/n6。圆锥滚子轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为h6。5.2 轴的校核5.2.1 对主轴进行校核根据设计的轴的尺寸和各处所传递的功率，计算轴上的力及力矩。如下表5-1：表 5-1 轴的力及力矩载荷水平面H垂直面V支反力FF=85N, F=125NF=217N, F=217N弯矩MM=35.37NmM=30.38Nm总弯矩M=46.62 Nm扭矩TT=20.8 Nm其轴的受力分析如下图5-2图5-3所示： F F F F 11.25Nm35.37Nm25.36NmM F F F F30.38Nm30.38NmM图5-2 主轴的受力示意图11.25Nm46.62Nm39.57NmM16.2Nm20.8Nm4.6NmT图5-3 主轴的受力示意图5.2.2 校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）。轴的抗弯截面系数： 由机械设计书式（15-5），轴的弯扭合成强度为：所以该轴安全。5.3 键的校核键的失效形式主要是工作面被压溃，一般只对挤压应力进行强度校核，由公式得：=式中：T传递键、轴、连轴器轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，需用挤压应力 p =7080MPa，取其平均值75MPa,得：=49.52 Mp所以，键是安全的。第6章 锥齿轮的设计计算6.1 锥齿轮的各参数设计与计算1、选用斜齿锥齿轮传动，小型道路清扫车为一般机械转速不高，故选用8 级精度选择小锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度240270HBS), 大锥齿轮的材料为42SiMn(调质硬度210240HBS)。（1）齿形角选用EN刀盘，则=20（2）大端端面模数根据强度与类比法确定 m4（3）齿数比由传动关系可知，齿数比=2（4）确定齿数由机械设计手册表13-3-11和实际空间得z=17，z=z=217=34.因为z和z最好无公因数，取z=33，则实际传动比=2.06（5）分锥角tan=0.4857 = 255423 =64537（6）分度圆直径d=m z=417=68mm d=m z=433=132mm（7）锥距R R=77.82mm（8）齿宽b b=()R=22mm（9）假想平面齿轮齿数Z Z=38.91mm（10) 参考点锥距R R=R0.415b=77.820.41522=68.69mm（11）小端锥距R R=Rb=77.8222=55.82mm（12) 齿宽中点螺旋角 取=35，小齿轮右旋，大齿轮左旋。（13）初定参考点螺旋角 =0.914（+6）=0.914（35+6）=37.5（14）选择铣刀盘由机械设计手册图13-3-10，根据=37.5，R=68.69mm,查得标准刀盘半径r=44mm，对应的螺旋角=40，由表13-3-19得Z=4（15）选择刀片型号由机械设计手册图13-1-11和表13-3-19，根据Z=38.91mm，=37.5,确定选用EN4-44刀盘时用3号刀片 r=1972mm.（16) 参考点法向模数m m=2=2=2.708（17) 参考点实际螺旋角 =0.7670 =3955（18）齿高h h=2.15 m+0.35=2.152.708+0.35=6.17mm（19) 铣刀轴倾角由=7.13和=3955，查机械设计手册图13-3-12得 =7918所以=0（20）高变位系数x因为Z=17